Химики из Канады научились превращать воздух в этилен

Ученые из университета Торонто создали катализатор, который может превращать молекулы углекислого газа в этилен, сырье для производства полиэтилена и газ из сварочных аппаратов. "Рецепт" по его производству был опубликован в журнале Science.

"Мы уже много лет знали, что эта реакция ускоряется в щелочной среде, однако никто раньше не пытался этим воспользоваться и проверить, насколько эффективной она становится на практике в таком случае. Мы реализовали эту идею и показали, как преодолеть все технические проблемы", — заявил Цао-Тан Динх (Cao-Thang Dinh) из университета Торонто (Канада).

В последние годы ученые активно пытаются найти способ превращения атмосферного СО 2 в биотопливо и другие полезные вещества. К примеру, в июле 2016 года физики из Чикаго создали солнечную батарею, которая напрямую использует энергию света для расщепления СО 2 и производства угарного газа и водорода, а в октябре их коллеги из Национальной лаборатории в Оак-Ридж создали катализатор, преобразующий углекислоту в этанол, "обычный" спирт.

Все эти катализаторы и системы "трансмутации" воздуха в спирт могут помочь не только решить проблему обеспечения человечества полностью "зеленым" топливом, но и найти более дешевые источники сырья для производства химикатов, полимеров, пластмасс и других материалов, которые сегодня производятся из нефти и газа.

Динх и его коллеги уже несколько лет работают над созданием катализаторов, которые бы напрямую превращали СО 2 в этилен. Сегодня он занимает лидирующую роль в химической промышленности – каждый год нефтегазовые предприятия вырабатывают около 150 миллионов тонн этилена, большая часть которого превращается в полиэтилен и другие полимерные соединения.

Профессор Грэм Хатчинс держит в руке пробирку с катализатором,

Подобными свойствами обладают наночастицы меди, однако у них есть две проблемы – они превращают лишь небольшую часть молекул СО 2 в этилен и при этом потребляют много электричества.

Еще в начале 1990 годов, как рассказывает Динх, ученые заметили, что КПД таких катализаторов резко вырастает, если поместить их в раствор щелочи. Это, однако, создает новый набор проблем – медные наночастицы начинали быстро разрушаться и зарастать побочными продуктами реакции, что резко снижало эффективность их работы уже через 30-40 минут после запуска реактора.

Канадские ученые избавились от этой проблемы, "спрятав" тонкую пластинку из меди внутри своеобразного бутерброда из нескольких листов графита, углеродных нанотрубок и тефлоновых наноцилиндров. Подобная конструкция не мешала молекулам СО 2 проникать внутрь катализатора, но защищала его от разрушения.

Как показали первые опыты, подобная конструкция разрушается в 15 раз медленнее, чем наночастицы меди, и при этом она обладает более высоким КПД и меньшей "прожорливостью". По словам химиков, примерно 70% электроэнергии тратится на полезную работу, и больше половины молекул СО 2 превращается в этилен, что уже неплохо с коммерческой точки зрения.

Сейчас ученые работают над созданием "промышленных" версий этого катализатора, которые были бы приспособлены для работы с большими количествами СО 2. Как надеется Динх, открытия его команды помогут избавить Землю от "нефтегазовой зависимости" уже в ближайшие годы.